立體車庫(kù)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告題 目 立體車庫(kù)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械工程 目 錄摘要Abstract第一章 緒論1.1 課題的來(lái)源及研究的目的和意義1.2 機(jī)械式停車庫(kù)1.3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)1.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述1.3.2 約束優(yōu)化方法第二章 立體車庫(kù)總體結(jié)構(gòu)的研究2.1 機(jī)械立體車庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)形式2.2 立體車庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)2.3 立體車庫(kù)的存取車方式的總體設(shè)計(jì)2.4 立體車庫(kù)主體建筑結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)第三章 固定叉梳的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1 橫移叉梳和固定叉梳結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)3.2 固定叉梳的優(yōu)化設(shè)計(jì)第四章 立體車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1 立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.

2、2 立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的模型化4.3 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力情況4.4 進(jìn)行受力分析的基本假設(shè)4.5 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力分析4.6 鋼結(jié)構(gòu)骨架的變形分析4.7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立4.8 優(yōu)化結(jié)果及分析結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)(References)摘 要本文以課題“立體車庫(kù)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)”為依托，對(duì)電梯升降式立體車庫(kù)的某些內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先確定了立體車庫(kù)的運(yùn)行方式和適合此運(yùn)行方式的各構(gòu)件的外形結(jié)構(gòu)，然后針對(duì)這種立體車庫(kù)的機(jī)構(gòu)特征，選擇了作為停車位的固定叉梳和作為支撐的鋼架結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，接著運(yùn)用增廣乘子法對(duì)固定叉梳和鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行優(yōu)化，最后的優(yōu)化結(jié)果使固定叉梳結(jié)構(gòu)更加合理，

3、降低了整體重量和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)骨架的載荷，也使鋼結(jié)構(gòu)骨架的整體重量減輕了許多。關(guān)鍵字：立體車庫(kù) 機(jī)械結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 固定叉梳 鋼結(jié)構(gòu)AbstractOn the base of the project "Optimal design of the mechanisms in the stereoscopic garage"，some mechanisms in the lift park garage has been designed optimally. At the first, we established the running mode and the structu

4、re of the mechanisms adapted to the running mode. And then, we chose the immobile comb as the parking space and the steel structure framework as support, the optimal design on the two mechanisms was carried through. The optimal design on the immobile comb and the steel structure framework was carrie

5、d through with augmented multipliers method. At the end, the result of the optimal design is that the immobile comb will be more reasonable and decreased the whole weight of the garage and the load of the steel structure framework, and the weight of the steel structure framework become more light.Ke

6、y words： Stereoscopic garage Mechanisms Optimal design immobile comb Steel structure 第一章 緒 論1.1 課題的來(lái)源及研究的目的和意義隨著社會(huì)生活水平的不斷提高，大多數(shù)城市人已經(jīng)解決了“衣食住行”中的前三項(xiàng)，開始著手考慮買車，汽車進(jìn)入尋常百姓家已是指日可待的。然而在買車成為一種時(shí)尚之后，停車卻愈來(lái)愈成為一大難題。一些大城市(如北京、上海等)的土地資源特別緊張，甚至要求買車者在購(gòu)車后必須再購(gòu)買到一個(gè)停車位才能辦理汽車牌照。于是為了順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，立體停車庫(kù)的研究與開發(fā)也就變的愈加緊迫。近年來(lái)，我國(guó)汽車產(chǎn)量不

7、斷增加，汽車保有量更是急劇上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年汽車產(chǎn)量為157.8萬(wàn)輛，汽車保有量為1100萬(wàn)輛，其中轎車約400萬(wàn)輛;2000年我國(guó)轎車保有童接近400萬(wàn)輛，2002年我國(guó)轎車保有It接近500萬(wàn)輛，據(jù)估計(jì)2005年我國(guó)轎車保有量將達(dá)到1000萬(wàn)輛，平均每年增長(zhǎng)80萬(wàn)輛(據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2002年轎車實(shí)際銷售120萬(wàn)輛)，而2010年轎車保有量將達(dá)到2000萬(wàn)輛，平均每年增長(zhǎng)200萬(wàn)輛。如此數(shù)量的汽車主要集中在城市，將給城市停車泊位帶來(lái)巨大的壓力。如果全部露天平面停放，假設(shè)普通轎車的尺寸為4.5m(長(zhǎng))X 1.8m(寬)，則每輛轎車所需要的最小停車位面積為19.2。目前的500萬(wàn)輛車將會(huì)占用

8、9600萬(wàn)(即14.4萬(wàn)畝)的土地。相反，如果改為立體停放，特別是高層立體車庫(kù)，每輛車的占用面積將會(huì)大為降低，例如，10層高的電梯式立體車庫(kù)，每輛車的占用面積為3.0左右，將會(huì)節(jié)省84.6%(即2.7-4.l萬(wàn)畝)的土地，即使有10%的轎車停放在立體車庫(kù)中，這在大城市的繁華地帶也將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而，目前只有很少城市建立了少數(shù)立體停車庫(kù)，而大多數(shù)汽車則停放在露天停車場(chǎng)，甚至是占道停放。這樣，一方面，在寸土寸金的大城市，設(shè)立露天停車場(chǎng)，是對(duì)有限土地資源的嚴(yán)重浪費(fèi);另一方面，汽車占道停放又造成城市交通擁堵，汽車被盜、被撞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，市容環(huán)境極差。因此，在大中城市建設(shè)立體停車庫(kù)是不可回避的當(dāng)

9、務(wù)之急。國(guó)家計(jì)委已將發(fā)展城市停車場(chǎng)作為支持基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)之一，國(guó)家計(jì)委第6號(hào)令中，己明確機(jī)械式立體車庫(kù)(設(shè)備)及城市立體停車場(chǎng)為國(guó)家重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)。目前，汽車停放已經(jīng)成為全世界大城市普遍關(guān)注的問(wèn)題，許多國(guó)家都拿出資金資助這一課題的研究。建造大量的立體車庫(kù)，需要大量的材料，如果我們對(duì)立體車庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就可以節(jié)省下來(lái)不少的資源?；谝陨锨闆r，我選擇“立體車庫(kù)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)”作為我的研究課題，符合現(xiàn)實(shí)需要，順應(yīng)當(dāng)今科技發(fā)展的潮流。1.2 機(jī)械式停車庫(kù)為了解決多層立體停車庫(kù)駕駛員駕車上下坡道的問(wèn)題，20世紀(jì)60年代國(guó)外出現(xiàn)了一種早期機(jī)械式停車庫(kù)，取消了曲線坡道，汽車上下由升降電梯解決

10、，然而水平運(yùn)輸仍然由駕駛員來(lái)駕駛。取車時(shí)，駕駛員跟隨電梯一起上去，到了樓層后駕駛員駕車離開電梯找車位停下，然后駕駛員坐人梯下樓：相反，取車時(shí)，駕駛員先坐人梯上樓，然后開車到電梯口等候電梯，人車隨電梯一起下樓。這種車庫(kù)最大的缺點(diǎn)是，駕駛員在取車等電梯時(shí)，一方面等候時(shí)間不定;另一方面，汽車處于怠速狀態(tài)，尾氣污染特別嚴(yán)重。這樣，雖然解決了坡道行駛問(wèn)題，卻帶來(lái)其它問(wèn)題，而且面積和體積的節(jié)省并不十分明顯。到了20世紀(jì)70年代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，停車庫(kù)逐漸向全機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展，機(jī)械式停車庫(kù)便應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械式停車庫(kù)是利用機(jī)械設(shè)備提高單位面積停車數(shù)量的停車方式，分為運(yùn)送器和停車位兩部分。運(yùn)送器是機(jī)械停

11、車設(shè)備中裝載并運(yùn)送汽車的部件總稱，包括托架、托板、臺(tái)車等。停車位是車庫(kù)中為停放汽車而劃分的停車空間或機(jī)械停車設(shè)備中停放汽車的部件，它由車輛本身的尺寸加四周必須的距離組成。這樣的車庫(kù)就把每輛車的停車面積和空間盡可能壓縮到最小，車庫(kù)實(shí)際上成為一種停放車輛的容器，充分發(fā)揮了機(jī)械停車庫(kù)的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著電腦智能化管理和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了智能全自動(dòng)機(jī)械停車庫(kù)，更加提高了土地利用率。機(jī)械式停車庫(kù)按其停放形式的不同可分為機(jī)械立體停車庫(kù)和復(fù)式停車庫(kù)。復(fù)式停車庫(kù)上下只有兩三層，利用機(jī)械設(shè)備汽車在貨架上可以上下重疊放置，車庫(kù)內(nèi)有車道和人員停留。機(jī)械立體停車庫(kù)的室內(nèi)沒有人員停留，車輛的存取

12、是全自動(dòng)的，這種車庫(kù)是最節(jié)省土地資源和自動(dòng)化程度最高的，其具體優(yōu)點(diǎn)如下：(1)節(jié)省面積，約為平面停車場(chǎng)的1/2-1/25。特別適合土地緊張的大城市和一般城市的繁華區(qū)。(2)造價(jià)低，機(jī)械式停車設(shè)備每個(gè)車位投資約2-12萬(wàn)元，而建筑自行式停車庫(kù)每個(gè)車位造價(jià)約為20萬(wàn)元以上，而且可能造成庫(kù)內(nèi)污染·即使平面停車，光土地征用費(fèi)也是不菲。(3)使用方便。存車時(shí)，駕駛員打卡后只需按指示信號(hào)把汽車開上升降車上即可離開，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把汽車放到合適的車位;取車時(shí)，駕駛員打卡后系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)把要取的汽車取下來(lái)，駕駛員只等待開車離開就行。按設(shè)計(jì)要求，一般存取車時(shí)間不超過(guò)120秒，通常不出現(xiàn)存取車排隊(duì)的現(xiàn)象。(4

13、)減少了因路邊停車而引起的交通事故;(5)增加了汽車的防盜性和防護(hù)性;(6) 改善了市容環(huán)境。綜上所述，本課題中的車庫(kù)形式選擇為機(jī)械立體車庫(kù)。1.3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí) 1.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)包括建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型核選擇恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法與程序兩方面的內(nèi)容。由于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法尋求機(jī)械設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案，所以首先要根據(jù)實(shí)際的機(jī)械問(wèn)題建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，既用數(shù)學(xué)形式來(lái)描述實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)學(xué)要應(yīng)用專業(yè)知識(shí)確定設(shè)計(jì)的限制條件和所追求的目標(biāo)，確立各設(shè)計(jì)變量之間的相互關(guān)系等。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型可以時(shí)解析式，試驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式。雖然他們給出的形式不同，但都

14、是反映設(shè)計(jì)變量之間的數(shù)量關(guān)系的。 數(shù)學(xué)模型一旦建立，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題就變成一個(gè)數(shù)學(xué)求解問(wèn)題。應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的理論，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，可以選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，進(jìn)而可以選取或自行編制計(jì)算機(jī)程序，以計(jì)算機(jī)作為工具求得最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。 1.3.2 約束優(yōu)化方法 懲罰函數(shù)法原理簡(jiǎn)單，算法易行，適用范圍廣，并且可以和各種有效的無(wú)約束最優(yōu)方法結(jié)合起來(lái)，因此得到廣泛應(yīng)用。但是，懲罰函數(shù)也存在不少問(wèn)題，從理論上講，只有當(dāng)r(外點(diǎn)法)或r0(內(nèi)點(diǎn)法)時(shí)，算法才能收斂，因此序列迭代過(guò)程收斂較慢。另外，當(dāng)懲罰因子的初值取得不合適時(shí)，懲罰函數(shù)可能變得病態(tài)，使無(wú)約束最優(yōu)化計(jì)算發(fā)生困難。 近年來(lái)提出的增廣乘子法在計(jì)算過(guò)程

15、中數(shù)值穩(wěn)定性，計(jì)算效率上都超過(guò)懲罰函數(shù)法。目前，增廣乘子法在理論上得到了總結(jié)提高，在算法上也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，使得這種方法日益完善。 拉格朗日乘子法 拉格朗日法是一種古典的求約束極值的間接解法。它是講具有等式約束的優(yōu)化問(wèn)題 轉(zhuǎn)化成拉格朗日函數(shù) 用解析法求解上式，既令，可求得函數(shù)的極值。在函數(shù)中， 稱為拉格朗日乘子，也是變量，因此可以列出個(gè)方程 聯(lián)立求解后，可得個(gè)變量： ，。其中， 為極值點(diǎn)， 為相應(yīng)的拉格朗日乘子向量。拉格朗日乘子法看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，實(shí)際上這種方法存在著許多問(wèn)題，例如對(duì)于非凸問(wèn)題容易失敗;對(duì)于大型的非線形優(yōu)化問(wèn)題，需求解高次聯(lián)立方程組，其數(shù)值解法幾乎和求解優(yōu)化問(wèn)題同樣困難;此外，

16、還必須分離出方程組的重根。因此，拉格朗日乘子法用來(lái)求解一般的約束優(yōu)化問(wèn)題不是一種有效的方法。等式約束的增廣乘子法1.基本原理對(duì)于含等式約束的優(yōu)化問(wèn)題 構(gòu)造拉格朗日函數(shù) (1-1) 令時(shí)，得原問(wèn)題的極值點(diǎn)以及相應(yīng)的拉格朗日乘子向量。構(gòu)造外點(diǎn)懲罰函數(shù) (1-2)當(dāng)r時(shí)，對(duì)函數(shù)進(jìn)行序列極小化，可求得原問(wèn)題的極值點(diǎn)，且 。前已述及，用拉格朗日乘子法求解約束優(yōu)化問(wèn)題往往失敗，而用懲罰函數(shù)法求解，又因要求r而使計(jì)算效率低。為此，將這兩種方法結(jié)合起來(lái)，即構(gòu)造懲罰函數(shù)的拉格朗日函數(shù) (1-3)若令求得約束極值點(diǎn)，且使 。所有，不論r取何值，式(1-3)與原問(wèn)題有相同的極值點(diǎn)，與(1-1)有相同的拉格朗日乘子向

17、量。式(1-3)稱增廣乘子函數(shù)，或稱增廣懲罰函數(shù)，式中的r仍稱懲罰因子。既然式(1-1)和(1-3)有相同的和，仍然要考慮由式(1-3)表示增廣乘子函數(shù)的主要原因是，這兩類函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)矩陣，即海賽矩陣的性質(zhì)不同。一般地說(shuō)，式(1-1)所表示的拉格朗日函數(shù)的海賽矩陣 (1-4)并不是正定的，而式(1-3)所表示的增廣乘子函數(shù)的海賽矩陣 (1-5) 必定存在一個(gè)，對(duì)于一切滿足的值總是正定的。 由這一性質(zhì)可知，當(dāng)懲罰因子取足夠大的定值，即，不必趨于無(wú)窮大，且恰好取時(shí)， 就是函數(shù)的極小點(diǎn)。也就是說(shuō)，為了求得原問(wèn)題的約束最優(yōu)點(diǎn)，只需對(duì)增廣乘子函數(shù)求一次無(wú)約束極值。當(dāng)然，問(wèn)題并不是如此簡(jiǎn)單，因?yàn)橐彩俏粗?/p>

18、的。為了求得，采用如下方法。 假定懲罰因子取為大于的定值，則增廣乘子函數(shù)只是、的函數(shù)。若不停的改變值，并對(duì)每一個(gè)求，將得到極小點(diǎn)的點(diǎn)列： 。顯然，當(dāng)時(shí)， 將是原問(wèn)題的約束最優(yōu)解。為使，采用如下公式來(lái)校正的值 (1-6)這一步驟在增廣乘子法中稱為乘子迭代，是懲罰函數(shù)法中所沒有的。為了確定式(1-6)中的校正量，再定義 (1-7)為了求得，只需求函數(shù)的極大值。求函數(shù)極大值的方法不同將會(huì)得到不同的乘子迭代公式。目前常采用近似的牛頓法求解，得到的乘子迭代公式為 (1-8)2.參數(shù)選擇增廣乘子法中的乘子向量，懲罰因子，設(shè)計(jì)變量的初值都是重要參數(shù)。下面分別介紹選擇這些參數(shù)的一般方法。1)在沒有其他信息的情

19、況下，初始乘子向量取零向量，即，顯然，這時(shí)增廣乘子函數(shù)和外點(diǎn)懲罰函數(shù)的形式相同。也就是說(shuō)，第一次迭代計(jì)算是用外點(diǎn)法進(jìn)行的。從第二次迭代開始，乘子向量按式(1-8)校正。2)懲罰因子的初值可按外點(diǎn)法選取。以后的迭代計(jì)算，懲罰因子按下式遞增 (1-9)式中懲罰因子遞增系數(shù)，取 判別數(shù)，取懲罰因子的遞增公式可以這樣來(lái)理解：開始迭代時(shí)，因不可能取很大的值，只能在迭代過(guò)程中根據(jù)每次求得的無(wú)約束極值點(diǎn)趨近于約束面的情況來(lái)決定。當(dāng)離約束面很遠(yuǎn)，即的值很大時(shí)，則增大值，以加大懲罰項(xiàng)的作用，迫使迭代點(diǎn)更快地逼近約束面。當(dāng)已接近約束面，即明顯減小時(shí)，則不再增加值了。 懲罰因子也可以用簡(jiǎn)單的遞增公式計(jì)算 (1-10

20、)這一公式形式上和外點(diǎn)法所用的公式相同，但實(shí)質(zhì)上不同。因?yàn)樵鰪V乘子法并不要求。事實(shí)上，當(dāng)增加到一定值時(shí)， 已趨近于，從而增廣乘子函數(shù)的極值點(diǎn)也逼近原問(wèn)題的約束最優(yōu)點(diǎn)了。用式(1-10)計(jì)算時(shí)，一般取，以免因增加太快，使乘子迭代不能充分發(fā)揮作用。3)設(shè)計(jì)變量的初值也按外點(diǎn)法選取，以后的迭代初始點(diǎn)都取上次迭代的無(wú)約束極值點(diǎn)，以提高計(jì)算效率。3.計(jì)算步驟1)選取設(shè)計(jì)變量的初值，懲罰因子初值，增長(zhǎng)系數(shù)，判別數(shù)，收斂精度，并令 ，迭代次數(shù)。2)按式(1-3)構(gòu)造增廣乘子函數(shù)，并令，得無(wú)約束最優(yōu)解。3)計(jì)算。4)按式(1-8)校正乘子向量，求。5)如果，迭代終止。約束最優(yōu)解為，；否則轉(zhuǎn)下步。6)按式(1-

21、9)或式(1-10)計(jì)算懲罰因子，再令，轉(zhuǎn)步驟2)。不等式約束的增廣乘子法對(duì)于含不等式約束的優(yōu)化問(wèn)題 引進(jìn)松弛變量 ，并且令 (1-11)于是，原問(wèn)題轉(zhuǎn)化成等式約束的優(yōu)化問(wèn)題 (1-12)這樣就可以采用等式約束的增廣乘子法來(lái)求解了。取定一個(gè)足夠大的后，上式的增廣乘子函數(shù)形式為 (1-13)并對(duì)一組乘子向量(初始乘子向量仍取零向量)求，得，。再按式(1-8)計(jì)算新的乘子向量 (1-14)將增廣乘子函數(shù)的極小化和乘子迭代交替進(jìn)行，直至分別趨近于。 雖然從理論上講，這個(gè)計(jì)算過(guò)程和僅含等式約束的情形沒有什么兩樣，但由于增加了松弛變量，使原來(lái)的維極值問(wèn)題擴(kuò)充成維問(wèn)題，勢(shì)必增加計(jì)算量和求解的困難，優(yōu)必要將

22、計(jì)算加以簡(jiǎn)化。 將式(1-13)所示的增廣乘子函數(shù)改寫成 (1-15)利用解析法求函數(shù)關(guān)于的極值，即令，可得 若，則;若，則于是，可得 (1-16)將式(1-16)代入式(1-15)，得 (1-17)這就是不等式約束優(yōu)化問(wèn)題的增廣乘子函數(shù)，它與式(1-15)的不同之處在于松弛變量已經(jīng)完全消失。實(shí)際計(jì)算時(shí)，仍然只要對(duì)給定的及，求關(guān)于的無(wú)約束極值。將式(1-16)代入式(1-14)，得到乘子迭代公式 (1-18)對(duì)于同時(shí)具有等式約束和不等式約束的優(yōu)化問(wèn)題 構(gòu)造的增廣乘子函數(shù)的形式為 (1-19)式中 不等式約束函數(shù)的乘子向量; 等式約束函數(shù)的乘子向量。和的校正公式為 (1-20)算法的收斂條件可視

23、乘子向量是否穩(wěn)定不變來(lái)決定，如果前后兩次迭代的乘子向量之差充分小，則認(rèn)為迭代已經(jīng)收斂。 增廣乘子法的程序框圖見圖1構(gòu)造增廣乘子函數(shù)求，開始滿足收斂條件?否是圖1第二章 立體車庫(kù)總體結(jié)構(gòu)的研究2.1 機(jī)械立體車庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)有的機(jī)械式立體車庫(kù)按照其機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)方式的不同主要可分為：循環(huán)式、電梯升降式和高架倉(cāng)儲(chǔ)式三種2.1.1 循環(huán)式停車庫(kù)循環(huán)式停車庫(kù)是水車原理、巨輪原理、連續(xù)鏈原理及傳送帶原理的結(jié)合，汽車放在托板上，以電機(jī)作為動(dòng)力源，用鏈條傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)所有車位移動(dòng)。主要特點(diǎn)是車位移動(dòng)，存取一輛車時(shí)整個(gè)系統(tǒng)都要一起移動(dòng)，把需要的車位移動(dòng)到出入口，這樣對(duì)能量的損耗比較大而且又易磨損機(jī)械部分，而

24、且噪聲比較大。2.1.2 電梯式停車庫(kù)電梯式停車庫(kù)層數(shù)較高，一般都超過(guò)六層，完全是一幢放車的樓房，借用成熟的電梯技術(shù)，使汽車迅速升降到指定樓層。與循環(huán)式停車庫(kù)相反，電梯式停車庫(kù)停車位是固定的，汽車的存放通過(guò)電梯系統(tǒng)上下移動(dòng)到停車位前，利用特有的橫向移動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車的存取。整個(gè)車庫(kù)是全電腦控制，自動(dòng)操作及顯示，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)人進(jìn)入，能防止人為的汽車丟失和破壞。電梯式停車庫(kù)具有極高的土地利用率。如果在車庫(kù)內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)盤，汽車可以自動(dòng)調(diào)頭，縮短出入庫(kù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)迅速存取車。車庫(kù)可以貼建筑物建造也可獨(dú)立建造，而且其封閉的立面又可成為商業(yè)廣告牌。電梯式停車庫(kù)可在地面上設(shè)置、半地下設(shè)置或地下設(shè)置，如停車泊位需求較大

25、時(shí)，此種車庫(kù)又可橫向或縱向拼接。2.1.3 高架倉(cāng)儲(chǔ)式停車庫(kù)高架倉(cāng)儲(chǔ)式停車庫(kù)是由停車位與升降裝置立體組合而成的停車設(shè)備，升降裝置可整體橫向移動(dòng)或升降裝置的搬運(yùn)器可整體橫向移動(dòng)，停車位就在升降裝置升降道的兩側(cè)。它采用機(jī)械傳送設(shè)備傳送汽車，為電梯附加行走機(jī)械而成，最早出現(xiàn)在美國(guó)，在一個(gè)建筑層里疊置23層存放車輛的車位，可放車100輛以上。隨著科技的發(fā)展，高架倉(cāng)儲(chǔ)式停車庫(kù)出現(xiàn)了全智能的形式，采用一個(gè)機(jī)器人(可行走式電梯)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的存取。與前兩種車庫(kù)相比，土地利用率不高，而且高架倉(cāng)儲(chǔ)式車庫(kù)如果采用全智能方式則造價(jià)比較高;如果不采用全智能方式則會(huì)降低效率。不過(guò)這種車庫(kù)的可靠性和安全性較高，而且適合把已

26、經(jīng)建成的單層停車庫(kù)改造成23層的機(jī)械停車庫(kù)。2.2 立體車庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)通過(guò)上面的比較可以看出，電梯式停車庫(kù)是一種綜合性能比較優(yōu)良的車庫(kù)，機(jī)械化程度最高，具有廣闊的發(fā)展前景，因此選擇電梯升降式停車庫(kù)作為本課題的基本形式。電梯升降式停車庫(kù)中車輛的存取方式又有以下幾種：左右兩側(cè)存取方式、扇形存取方式、圓周存取方式等。左右兩側(cè)存取方式就是在電梯井道在中間，停車位在井道的左右兩側(cè)，每一樓層的停車位只有兩個(gè)，升降電梯升降到停車樓層后，橫移機(jī)構(gòu)可以左右方向存取車，存取機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是存放的車輛相對(duì)來(lái)說(shuō)少。扇形存取方式就是停車位以電梯井道為中心作扇形分布。升降電梯升降到停車樓層后可以在扇形停車位范圍

27、內(nèi)存取車輛，這樣就增加了每一樓層的停車位。不過(guò)扇形存取方式的存取機(jī)構(gòu)復(fù)雜。圓周存取方式就是停車位以電梯井道為中心作圓周分布，每一樓層的停車位最多，不過(guò)這種方式的存取機(jī)構(gòu)最復(fù)雜。經(jīng)過(guò)上面的比較，最后決定選取左右兩側(cè)存取方式的電梯式車庫(kù)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2，如果停車位的需求大，則采取兩個(gè)或多個(gè)車庫(kù)拼接來(lái)增加車位。 圖2單個(gè)電梯式停車庫(kù)占地面積約60，車庫(kù)一層不放車輛，除用來(lái)作為車輛和駕駛員的進(jìn)出通道，同時(shí)車輛的旋轉(zhuǎn)也在一層完成。電梯的提升電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和控制柜放在一層。2.3 立體車庫(kù)的存取車方式的總體設(shè)計(jì)電梯式停車庫(kù)的存取車方式主要有交換托盤式和叉梳式兩種。所謂又梳式就是泊車位是一個(gè)叉梳，而升降電

28、梯中還有一個(gè)與它相錯(cuò)的叉梳，升降電梯平層以后，橫移機(jī)構(gòu)把移動(dòng)叉梳橫移到位，通過(guò)兩個(gè)叉梳的相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)汽車的存取。叉梳式存取車方式，不設(shè)載車托盤，取車時(shí)電梯直接升到所取車的停車位，沒有空行程，減少了取車時(shí)間，提高了取車效率。叉梳式存取車方式對(duì)電梯的平層精度要求比較高，需要另加擋油板。交換托盤式存取車方式是指每個(gè)停車位都有一個(gè)放置車輛的托盤，通過(guò)對(duì)托盤的存取實(shí)現(xiàn)存取汽車。不過(guò)這種存取車方式由于每個(gè)車位都有一個(gè)托盤，因此在連續(xù)存車或連續(xù)取車時(shí)，都會(huì)有一個(gè)存托盤或取托盤的空行程，增加了存取車時(shí)間，影響車庫(kù)的存取車效率。考慮到存取車時(shí)間是一個(gè)影響立體車庫(kù)使用的重要因素，所以選擇效率較高的叉梳式存取方式。

29、根據(jù)移動(dòng)叉梳的不同，叉梳式存取方式又有兩種：一種是停車位叉梳作橫向移動(dòng)，而升降吊籠中的叉梳不作橫向移動(dòng);另一種是停車位叉梳固定，升降吊籠中的叉梳升降到位后作橫向移動(dòng)。前一種方式中，升降吊籠內(nèi)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是每一個(gè)停車位最少需要一個(gè)動(dòng)力源和一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一方面增加了整個(gè)車庫(kù)的成本，另一方面，由于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的增加必然降低整車庫(kù)的可靠性。后一種方式中，停車位的叉梳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，而升降吊籠內(nèi)的機(jī)構(gòu)稍微復(fù)雜，從總體來(lái)看，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)減少，增加了整個(gè)車庫(kù)的可靠性。通過(guò)上面的分析，決定采用后一種叉梳式存取方式。停車位的叉梳設(shè)計(jì)為固定的，升降電梯吊籠中的叉梳在動(dòng)力系統(tǒng)的帶動(dòng)下可以橫向移動(dòng)。叉梳的推出方式有雙向和

30、單向兩種方式，單向推出叉梳的橫移機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是叉梳必須能作1800轉(zhuǎn)頭才能實(shí)現(xiàn)左右方向存取車輛;雙向推出叉梳不需要作1800轉(zhuǎn)頭就能實(shí)現(xiàn)左右方向存取車輛，但是要實(shí)現(xiàn)雙向推出，其橫移機(jī)構(gòu)就要復(fù)雜許多，而且會(huì)增加橫移叉梳的寬度從而增加電梯井道的寬度。考慮到既然旋轉(zhuǎn)臺(tái)是必須有的，為了減小車庫(kù)井道的寬度和降低橫移機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，把旋轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在升降吊籠上，移動(dòng)叉梳安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，它們之間通過(guò)軌道連接。旋轉(zhuǎn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)1800正反向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下，橫移叉梳只需單向推出就可實(shí)現(xiàn)對(duì)井道兩邊汽車的存取。這樣固定停車位就不需要?jiǎng)恿υ?，除升降電梯的?dòng)力源之外，只有旋轉(zhuǎn)和橫移兩個(gè)動(dòng)力源，它們都安裝在升降吊籠中，而且

31、運(yùn)動(dòng)部件也大為減少。這不僅提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，而且使得維修方便。2.4 立體車庫(kù)主體建筑結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)立體車庫(kù)主體建筑結(jié)構(gòu)有全鋼框架和鋼筋混凝土框架之分。全鋼框架結(jié)構(gòu)施_L速度快，占地面積小，適合在鬧市區(qū)獨(dú)立建造?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)不適合單獨(dú)建造，只有在與建筑物同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建造時(shí)方可考慮，或者依附建筑物建造時(shí)也可考慮。本設(shè)計(jì)由于采用叉梳式存取車方式，固定停車位的叉梳本身就是鋼結(jié)構(gòu)，因此主體建筑結(jié)構(gòu)采用全鋼框架。第三章 固定叉梳的優(yōu)化設(shè)計(jì)在立體車庫(kù)中要完成的主要任務(wù)就是如何在最短的時(shí)間內(nèi)安全地完成車輛的存取，而立體車庫(kù)中升降電梯的速度已定，因此設(shè)計(jì)一套合理而安全的存取機(jī)構(gòu)和一套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將成為本

32、車庫(kù)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。如果設(shè)計(jì)合理，一方面可以減少存取車輛的時(shí)間，另一方面可以增加車輛存取過(guò)程中的安全性。3.1 橫移叉梳和固定叉梳結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)橫移叉梳的結(jié)構(gòu)如圖3所示，橫移導(dǎo)軌1在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的固定導(dǎo)軌槽內(nèi)作橫移運(yùn)動(dòng)，其長(zhǎng)度為2400mm，在叉梳橫移2000 mm后，仍有400 mm的長(zhǎng)度與固定導(dǎo)軌槽配合，以提供足夠的平衡力，使橫移運(yùn)動(dòng)安全平穩(wěn)地完成。根據(jù)車庫(kù)技術(shù)指標(biāo)中最大容車尺寸5.05m (L) X1.85 m (W) X 1.60m (H)，設(shè)計(jì)橫移叉梳的尺寸。由于在叉梳相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的存取車過(guò)程中，橫移叉梳中間小于最小汽車輪距部分用不到，因此不需要布置梳叉，用一塊或幾塊花紋鋼板蓋住，花紋鋼板就

33、放在圖中蓋板橫梁3上。梳叉4， 5的材料用120X6OX3的矩形鋼管。在存取車時(shí)，雖然叉梳的叉數(shù)很多，但是具體到每輛車，一般情況下就只能用到4個(gè)叉，為了增加叉梳的剛性，在叉梳的中部設(shè)置了中間縱梁6。中間縱梁6焊接在梳叉的下面，兩頭與橫移導(dǎo)軌1連接，這樣又可以防止汽車開出時(shí)由于車輪對(duì)梳叉的反作用力而造成相鄰梳叉間的距離變化，保證車輛的存取能順利完成。1橫移導(dǎo)軌 2.端部橫梁 3.蓋板橫梁 4.前輪叉梳 5.蓋板 6.后輪叉梳 7.中間縱梁 停車位的固定叉梳的結(jié)構(gòu)與橫移叉梳正好相反，橫移叉梳的梳叉部分固定又梳就是空格，橫移叉梳的空格部分固定叉梳就是梳叉，而且橫移叉梳中間蓋花紋鋼板的部分固定叉梳是一

34、個(gè)完全的大空格。這樣才能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)叉梳的相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。由于車輛的存取是通過(guò)橫移叉梳與固定叉梳的相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此在叉梳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須能使橫移叉梳與固定叉梳能夠?qū)崿F(xiàn)相錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，而且橫移叉梳在存取車時(shí)的上下運(yùn)動(dòng)空間要充足。為解決這個(gè)問(wèn)題，固定叉梳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4、圖5。 橫移叉梳的高度是120mm，而固定叉梳的高度是80mm，它們的高度差是40mm，具體的存取車動(dòng)作過(guò)程如下： 存車時(shí)，橫移叉梳的上平面升到比固定叉梳的上平面高40mm的高度，使汽車輪胎在橫移時(shí)不與固定叉梳發(fā)生干涉，然后橫移叉梳作橫向平移：橫移到位后，橫移叉梳連同吊籠一起下降80mm，把汽車放在固定叉梳上，同時(shí)使橫移叉

35、梳避開汽車輪胎，然后橫移叉梳橫向移動(dòng)到吊籠內(nèi)。取車的過(guò)程與存車時(shí)相反，橫移叉梳的上平面升到比固定叉梳的上平面低40mm 的高度，使固定叉梳在橫移時(shí)不與汽車輪胎發(fā)生干涉，然后橫移叉梳作橫向平移;橫移到位后，橫移叉梳連同吊籠一起上升80mm，把汽車從固定叉梳上抬起，同時(shí)使汽車輪胎避開固定叉梳，然后橫移叉梳連同汽車橫移回吊籠內(nèi)。3.2 固定叉梳的優(yōu)化設(shè)計(jì)由于每個(gè)固定停車位都由一個(gè)固定叉梳組成，因此固定叉梳的數(shù)量特別多，與停車位的數(shù)量一致，對(duì)固定叉梳進(jìn)行受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)就很有必要。合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)一方面可以節(jié)約材料，另一方面又可以減輕車庫(kù)整體骨架結(jié)構(gòu)的載荷。對(duì)移動(dòng)叉梳來(lái)說(shuō)，由于移動(dòng)叉梳數(shù)量只有一個(gè)，而

36、且從移動(dòng)叉梳的總體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一方面它的尺寸受移動(dòng)叉梳尺寸和存取車形式的制約不能自由優(yōu)化，另一方面剛度又遠(yuǎn)大于固定叉梳，因此移動(dòng)叉梳就沒有必要進(jìn)行受力分析。已知車庫(kù)存放車輛的最大重量為1600kg，假設(shè)車輛的前后載荷分配為6： 4，則前輪所在的梳叉的受力較大，前輪的重量由兩個(gè)梳叉承擔(dān)，每根梳叉的受力情況見圖6， 整個(gè)梳叉為典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，左右車輪對(duì)梳叉的壓力分別為，左右車輪對(duì)梳叉的壓力向左右車輪連線的中心C簡(jiǎn)化，可以簡(jiǎn)化為C點(diǎn)的合力F=4704N， AC=1000mm。固定梳叉全部采用矩形鋼管，其截面形式如圖7，為了設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，矩形管的高度H， h和寬度B， b為需要決定的設(shè)計(jì)

37、參數(shù)，考慮到矩形鋼管管壁的厚度L=H-h=B-b，所以實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)只有三個(gè)，故定H， h和B為設(shè)計(jì)變量，即以矩形管的質(zhì)量W作為目標(biāo)函數(shù)，要求愈輕愈好。假設(shè)所選用材料的密度為p，則目標(biāo)函數(shù)為：約束條件為：a.彎曲強(qiáng)度最大彎矩約為彎曲強(qiáng)度校核公式為，式中因此，彎曲強(qiáng)度所決定的約束條件為：b.根據(jù)剛度要求，最大撓度，即，式中。因此，剛度所決定的約束條件為c.根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸要求的約束條件為構(gòu)造最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型：采用增廣乘子法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，構(gòu)造增廣乘子函數(shù)式中 懲罰因子 增廣乘子， 編程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到如下結(jié)果：對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓整后得： 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，比原設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)函數(shù)值下降了許多，且各

38、項(xiàng)約束條件都得到了滿足。這樣車庫(kù)整體骨架結(jié)構(gòu)的載荷就降低了不少，同時(shí)也可以使車庫(kù)整體骨架結(jié)構(gòu)的零件尺寸得以縮減。第四章 立體車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的優(yōu)化設(shè)計(jì)車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架起著支承停放車輛載荷和分擔(dān)提升機(jī)構(gòu)載荷的作用，因此對(duì)車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)就顯得特別重要。4.1 立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)承載框架(見圖8)與外表裝飾材料構(gòu)成停車庫(kù)主體。鋼結(jié)構(gòu)由底部、中部和頂部結(jié)構(gòu)架組成。底部為車輛進(jìn)出車庫(kù)和車輛調(diào)頭之用，高度最大，為2.6m。1.底層側(cè)面K形斜桿 2.標(biāo)準(zhǔn)層側(cè)面K形斜桿 3.標(biāo)準(zhǔn)層側(cè)面K形橫桿 4.立柱 5.底層立柱6.標(biāo)準(zhǔn)層正面K形橫桿 7.標(biāo)準(zhǔn)層正面K形

39、斜桿 8.井道立柱中部為標(biāo)準(zhǔn)層，高度為2.2m，用來(lái)停放車輛，它由標(biāo)準(zhǔn)單元組成，可以根據(jù)實(shí)際車庫(kù)容量來(lái)適當(dāng)加減層數(shù)。頂部用來(lái)安裝滑輪組并留有檢修滑輪組及其他設(shè)備的空間，因此高度最小，為1.5m。本課題的車庫(kù)設(shè)計(jì)容量為20輛，需要10層停車標(biāo)準(zhǔn)單元，這樣車庫(kù)總層數(shù)為12層，總高度為。升降吊籠導(dǎo)軌設(shè)計(jì)為兩根，作對(duì)角布置，固定在立柱6上。鋼結(jié)構(gòu)分段制造，用高強(qiáng)度螺栓在現(xiàn)場(chǎng)拼裝。4.2 立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的模型化整個(gè)停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的實(shí)際問(wèn)題非常復(fù)雜，要建立它受力情況的基本方程很難，甚至就是不可能。為此，必須應(yīng)用有限單元法進(jìn)行分析，這樣才能對(duì)整個(gè)停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力做出正確的分析。有限元分析的基礎(chǔ)

40、就是彈性連續(xù)體的離散化，即把整個(gè)連續(xù)停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架分割成由限個(gè)單元組成的集合體。這些單元僅僅在節(jié)點(diǎn)處連接，單元之間的載荷也僅由節(jié)點(diǎn)傳遞，所有的計(jì)算分析都將在這個(gè)模型上進(jìn)行。停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架主要由一些型鋼通過(guò)螺栓連接或焊接而成，對(duì)它進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí)比較容易，通常以連接點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)。 停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架由柱、梁和桿組成。采用三維梁?jiǎn)卧蜅U單元模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，用固定約束邊界條件模擬結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)上的安裝情況。梁?jiǎn)卧哂欣臁嚎s、扭轉(zhuǎn)和彎曲能力，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，截面形狀盡量選取市場(chǎng)上有售的型材。桿單元為單向拉壓?jiǎn)卧?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)移動(dòng)自由度。所建立的鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖8所示，整個(gè)車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架共有330

41、個(gè)單元，172個(gè)節(jié)點(diǎn)。除考慮停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架自重和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的重量外，還考慮每個(gè)車位均受額定車輛載荷的作用情況。所研究的停車庫(kù)共有20個(gè)車位，額定車輛載荷為1600k。4.3 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力情況鋼結(jié)構(gòu)受力主要包括：鋼結(jié)構(gòu)本身自重，結(jié)構(gòu)架上各停車位的車輛及固定叉梳重量，提升系統(tǒng)制動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力，驅(qū)動(dòng)裝置的重力，頂部梁架所受滑輪組和配重的重力，整體結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)力、地震載荷以及由于外界環(huán)境溫度變化而引起的溫度應(yīng)力等，它們以集中或均布方式作用。按基本載荷作用情況，將停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算工況分為。表1所示的4種工況計(jì)算工況計(jì)算載荷序號(hào)工況說(shuō)明1空載每個(gè)車位均無(wú)車輛載荷剛結(jié)構(gòu)自重、固定叉梳

42、重量、傳動(dòng)系統(tǒng)重量和配重2對(duì)稱滿載每個(gè)車位均有對(duì)稱分布的車輛載荷工況1的載荷和車位上的車輛載荷3非對(duì)稱滿載每個(gè)車位均有按前后輪6:4分配的車輛載荷工況1的載荷和車位上的車輛載荷4最大偏載車庫(kù)一側(cè)車位無(wú)車，另一側(cè)車位均有按前后輪6:4分配的車輛載荷工況1的載荷和車位上的車輛載荷表14.4 進(jìn)行受力分析的基本假設(shè)由于車庫(kù)的實(shí)際受力情況很復(fù)雜，必須對(duì)它進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化和假設(shè)后才能進(jìn)行進(jìn)一步的受力分析，基本假設(shè)如下：(1)停車庫(kù)單獨(dú)建立，不與其它建筑物相接;(2)不計(jì)由于結(jié)構(gòu)陰面與陽(yáng)面溫差引起的熱應(yīng)力;(3)整體結(jié)構(gòu)無(wú)初始變形和缺陷：(4)按可能是最危險(xiǎn)的x， y以及對(duì)角線方向3種工況計(jì)算風(fēng)載荷：(5)

43、地震載荷按與風(fēng)載作用方向一致的工況進(jìn)行計(jì)算。該立體車庫(kù)承載框架是由型鋼經(jīng)高強(qiáng)度螺栓連接而成，整個(gè)車庫(kù)框架連接并調(diào)整好尺寸后再對(duì)連接節(jié)點(diǎn)焊接起來(lái)。這樣，各桿件可承受軸向力、剪力和彎矩，在用有限元軟件進(jìn)行受力分析時(shí)，此種結(jié)構(gòu)屬于梁?jiǎn)卧?，按空間6個(gè)自由度梁?jiǎn)卧M(jìn)行處理。4.5 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力分析在各種工況載荷的作用下，鋼結(jié)構(gòu)骨架中梁?jiǎn)卧?在節(jié)點(diǎn)i或j處)和桿單元的最大應(yīng)力見表2工況梁?jiǎn)卧畲罄瓚?yīng)力單元(節(jié)點(diǎn))梁?jiǎn)卧畲髩簯?yīng)力單元(節(jié)點(diǎn))桿單元最大壓應(yīng)力單元(節(jié)點(diǎn))125.652146(j)-48.6311(j)-15.920265258.167146(j)-80.3021(j)-36.211265

44、353.975146(j)-85.3581(j)-38.347265441.329146(j)-67.5291(j)-27.873266表2各工況鋼結(jié)構(gòu)骨架均在前輪放置一側(cè)兩邊立柱與下方橫梁交點(diǎn)處產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，其中對(duì)稱載荷工況壓應(yīng)力最大。4種工況分別在鋼結(jié)構(gòu)骨架后輪放置一側(cè)立柱與基礎(chǔ)連接點(diǎn)處產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，其中非對(duì)稱載荷工況拉應(yīng)力最大，并且其絕對(duì)值大于對(duì)稱滿載荷工況的最大拉應(yīng)力。各工況鋼結(jié)構(gòu)骨架的桿單元均受壓，其中左右兩側(cè)桿單元壓應(yīng)力最大，而前后兩側(cè)桿單元壓應(yīng)力最小。在前后兩側(cè)桿單元中，下部單元的壓應(yīng)力均大于上部單元的壓應(yīng)力，并且前側(cè)最下面兩個(gè)單元壓應(yīng)力最大。在各種工況載荷作用下，鋼結(jié)構(gòu)骨架

45、的工作應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，鋼結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠保證停車庫(kù)安全可靠地工作。4.6 鋼結(jié)構(gòu)骨架的變形分析根據(jù)計(jì)算，在工況1的情況下，車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的變形很小;在其它3種工況的載荷作用下，鋼結(jié)構(gòu)骨架節(jié)點(diǎn)x， y向位移比較小，z向位移比較大。在各種工況載荷的作用下，鋼結(jié)構(gòu)骨架節(jié)點(diǎn)位移最大值見表3。從表3可以看出，除工況1外，其它3種工況鋼結(jié)構(gòu)骨架節(jié)點(diǎn)x， y向最大位移發(fā)生在第1層橫梁上(橫梁層數(shù)由下往上計(jì))。該層前、后橫梁中部y向位移較大，梁向內(nèi)側(cè)變形。z向最大位移和總位移最大值發(fā)生在上支承梁上，梁向下彎曲變形。在4個(gè)工況，非對(duì)稱工況節(jié)點(diǎn)x向位移最大，對(duì)稱滿載荷工況節(jié)點(diǎn)z向位移和總位移最大

46、。對(duì)稱滿載荷工況上支承梁中點(diǎn)撓度為-1.2161 mm，小于許用值，支承梁能滿足驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)正常工作的需要。工況x向位移最大值節(jié)點(diǎn)y向位移最大值節(jié)點(diǎn)z向位移最大值節(jié)點(diǎn)總位移最大值節(jié)點(diǎn)1-0.465381360.1547895-3.012121463.0518614621.604521160.5429795-6.392511466.613131463-1.853111360.5431595-6.391111466.676471464-1.235241360.3618595-4.553231464.73167146表34.7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)由眾多構(gòu)件組成，為簡(jiǎn)化計(jì)

47、算和減小構(gòu)件尺寸規(guī)格，將結(jié)構(gòu)分為7組單元，其中梁?jiǎn)卧?組，桿單元2組，同一組單元截面積相等。優(yōu)化設(shè)計(jì)變量為構(gòu)件面積，并按型鋼規(guī)格取離散值。設(shè)計(jì)變量為式中 一 第1-5組梁?jiǎn)卧慕孛娣e， 一 第1. 2組桿單元的截面積。取停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架的總重量為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，即式中 第個(gè)單元的密度，截面積和長(zhǎng)度， 單元總數(shù)為保證停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，以結(jié)構(gòu)應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移不大于許用值作為減輕結(jié)構(gòu)重t設(shè)計(jì)的約束條件，即，式中 ， 結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力和最大節(jié)點(diǎn)位移， ， 結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力和許用節(jié)點(diǎn)位移通過(guò)上面的分析，可建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為采用增廣乘子法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，取增廣乘子函數(shù)為 式

48、中 懲罰因子 拉格朗日乘子， 。懲罰因子的初值按外點(diǎn)法選取，以后的迭代計(jì)算按下式遞增式中 一 懲罰因子遞增系數(shù)，取，拉格朗日乘子的初值，以后的迭代公式為 4.8 優(yōu)化結(jié)果及分析對(duì)20車位機(jī)械式立體停車庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用的許用應(yīng)力為100MPa，許用位移為4mm。設(shè)計(jì)方案構(gòu)件截面積結(jié)構(gòu)重量原設(shè)計(jì)8538853854085408122951780178017899優(yōu)化設(shè)計(jì)540854083920392016050520178012500 表4優(yōu)化設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)方案結(jié)果比較見表4。表中分別為鋼結(jié)構(gòu)骨架角柱、前后側(cè)中間立柱、左右橫梁、前后橫梁、上下支承梁、左右腹桿、前后腹桿的截面積。從表1可以看出，應(yīng)用增廣乘子